本文關(guān)鍵詞：電阻抗成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)激勵(lì)源與數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)的研究

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【摘要】：電阻抗斷層成像是一種新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù),其通過向人體注入安全激勵(lì)電流信號(hào)并測(cè)量相應(yīng)體表電壓信號(hào)及其變化,從而重構(gòu)人體局部斷面電阻率二維空間分布圖像。作為一種無創(chuàng)傷、價(jià)格低廉、可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像的新型醫(yī)學(xué)成像手段,有望彌補(bǔ)臨床監(jiān)護(hù)領(lǐng)域中動(dòng)態(tài)變化疾病監(jiān)測(cè)的空白。第四軍醫(yī)大學(xué)研究小組在從事多年EIT領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)上,研制了一套高精度EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并在國際上率先開展了EIT臨床圖像監(jiān)護(hù)檢測(cè)研究。相關(guān)研究表明,該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)體內(nèi)電阻率的變化情況,為臨床診斷提供了有力的影像學(xué)支持。但隨著監(jiān)護(hù)研究工作的深入,新的臨床應(yīng)用需求對(duì)EIT系統(tǒng)提出了更高的要求:一方面,為了進(jìn)行EIT快速檢測(cè)研究從而更好地區(qū)分不同組織,需在原有帶寬基礎(chǔ)上采集更高頻率的阻抗信息;另一方面,在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)圖像監(jiān)護(hù)過程中,原有基于USB協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方式常因臨床的環(huán)境電磁干擾而導(dǎo)致通信異常,影響監(jiān)護(hù)進(jìn)程,因而需在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的改進(jìn)工作。針對(duì)以上問題,本文研究改進(jìn)工作主要包含以下兩個(gè)方面:(1)基于鏡像回路的EIT高性能激勵(lì)源的研究激勵(lì)源作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入端的核心部分,其在有效頻帶內(nèi)的輸出精度直接影響著EIT系統(tǒng)的成像質(zhì)量。目前系統(tǒng)激勵(lì)源采用了由高精度電流反饋放大器構(gòu)成的電壓控制電流源,在一定頻率范圍內(nèi)取得了較好的電流輸出精度。但由于激勵(lì)源放大器帶寬有限,激勵(lì)源的輸出阻抗和共模抑制比隨著頻率升高而下降,使得激勵(lì)源存在高頻時(shí)輸出精度不足的問題。針對(duì)目前系統(tǒng)激勵(lì)源存在的問題,本文在原激勵(lì)源電路基礎(chǔ)上提出了一種新型的單端電壓輸入且具有鏡像回路的激勵(lì)源。為了驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的可靠性,本文利用軟件進(jìn)行了仿真對(duì)比測(cè)試。在證明電路設(shè)計(jì)有效的基礎(chǔ)上,本文對(duì)激勵(lì)源進(jìn)行了電路實(shí)測(cè)分析,并與其他激勵(lì)源進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的電流源輸出阻抗在激勵(lì)頻率為500k Hz時(shí)可達(dá)600kΩ,-3d B帶寬達(dá)700k Hz,其構(gòu)成的EIT激勵(lì)測(cè)量模塊共模抑制比可達(dá)83d B以上。因此,該激勵(lì)源在寬頻帶內(nèi)具有優(yōu)良的輸出精度和穩(wěn)定性,能夠?yàn)镋IT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供高品質(zhì)的激勵(lì)信號(hào)。(2)基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)傳輸模塊的研究數(shù)據(jù)傳輸模塊作為EIT系統(tǒng)軟件與硬件的交互部分,要求其具有高速度高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模塊所采用的USB接口自身存在抗電磁干擾能力較差的缺點(diǎn),因此本研究小組在臨床監(jiān)護(hù)過程中存在通信不穩(wěn)定的現(xiàn)實(shí)問題。針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)存在的不足,本文搭建了以數(shù)字信號(hào)處理芯片為核心的數(shù)據(jù)傳輸模塊,實(shí)現(xiàn)了一套基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)性能測(cè)試表明,所設(shè)計(jì)的傳輸模塊具有9.5Mbps的帶寬、良好的穩(wěn)定性和抗環(huán)境電磁干擾能力,完全能夠勝任當(dāng)前EIT開展臨床圖像監(jiān)護(hù)檢測(cè)和其他相關(guān)研究的需求。綜上所述,本文研究設(shè)計(jì)了一種基于鏡像回路的EIT高性能激勵(lì)源,開發(fā)了基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)傳輸模塊,并搭建了一套基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅IT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。測(cè)試評(píng)估結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的激勵(lì)源和數(shù)據(jù)傳輸模塊大大提高了EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。本文所做的研究工作將有利于進(jìn)一步推進(jìn)EIT技術(shù)的臨床監(jiān)護(hù)應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：電阻抗斷層成像 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 電壓控制電流源 鏡像回路 以太網(wǎng)傳輸
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R319;TP274.2
【目錄】：

• 縮略語表5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 前言11-12
• 文獻(xiàn)回顧12-24
• 1 電阻抗成像技術(shù)概述12-13
• 2 EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述13-21
• 3 課題研究目標(biāo)21-22
• 4 本文的主要研究工作22-24
• 第一部分 基于鏡像回路的EIT高性能激勵(lì)源的研究24-40
• 1 引言24-25
• 2 鏡像回路激勵(lì)源的設(shè)計(jì)25-28
• 2.1 鏡像回路激勵(lì)源設(shè)計(jì)思路25-26
• 2.2 鏡像回路激勵(lì)源電路實(shí)現(xiàn)26-28
• 3 激勵(lì)源特性分析28-38
• 3.1 激勵(lì)源仿真測(cè)試28-32
• 3.2 激勵(lì)源電路實(shí)測(cè)32-38
• 4 小結(jié)38-40
• 第二部分 基于以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的EIT數(shù)據(jù)傳輸模塊的研究40-73
• 1 引言40-41
• 2 基于DSP的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方案41-43
• 2.1 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介41
• 2.2 系統(tǒng)方案選擇41-43
• 3 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模塊的硬件設(shè)計(jì)43-53
• 3.1 數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5402設(shè)計(jì)43-47
• 3.2 以太網(wǎng)控制器RTL8019AS設(shè)計(jì)47-50
• 3.3 可編程邏輯器件CPLD設(shè)計(jì)50-53
• 4 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模塊的軟件設(shè)計(jì)53-66
• 4.1 數(shù)據(jù)傳輸流程設(shè)計(jì)53-55
• 4.2 CCS軟件開發(fā)環(huán)境55
• 4.3 DSP程序設(shè)計(jì)55-66
• 5 適于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅IT軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)66-69
• 5.1 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)思路66-67
• 5.2 軟件平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)67-69
• 6 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸性能測(cè)試69-72
• 6.1 傳輸負(fù)載能力測(cè)試70-71
• 6.2 抗環(huán)境電磁干擾能力測(cè)試71-72
• 7 小結(jié)72-73
• 總結(jié)和展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷和研究成果78-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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1 張帥;基于DSP控制的多頻電阻抗斷層成像硬件系統(tǒng)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2005年

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本文編號(hào)：632221